Với khoảng 70% dân số đang sống ở vùng nông thôn, sản xuất nông nghiệp của Việt Nam có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế. Những năm qua, ngành chăn nuôi trong nước phát triển khá mạnh, cả về số lượng lẫn quy mô. Tuy nhiên, cùng với việc phát triển, lượng chất thải do ngành chăn nuôi tạo ra cũng ngày càng lớn, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nếu không có các giải pháp xử lý thích hợp.
Dù gặp nhiều khó khăn do tác động của dịch Covid-19, dịch bệnh trên đàn vật nuôi và các biến đổi cực đoan của thời tiết, nhưng thời gian qua, ngành chăn nuôi trong nước vẫn duy trì mức tăng trưởng cao, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nội địa và xuất khẩu, dần trở thành ngành sản xuất hàng hóa lớn, tạo sinh kế và nâng cao đời sống cho hàng triệu hộ nông dân. Theo đánh giá của Tổng cục Thống kê, tình hình sản xuất chăn nuôi của cả nước được duy trì tốt, hầu hết các đối tượng vật nuôi đều tăng trưởng và phát triển (Bảng 1).
Bảng 1: Tình hình phát triển chăn nuôi gia súc, gia cầm cả nước
ĐVT: triệu con
(Nguồn: Tổng cục Thống kê)
Theo các chuyên gia, hàng năm đàn vật nuôi Việt Nam thải ra khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn (phân khô, thức ăn thừa) và 25-30 triệu khối chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu và nước rửa chuồng trại). Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn và 80% chất thải lỏng bị xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các nhà nghiên cứu đã tính được rằng, chăn nuôi tạo ra 18% khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên, lớn hơn cả tác động do giao thông vận tải gây ra.
Để giảm thiểu tác hại đến môi trường và gia tăng hiệu quả kinh tế cho ngành chăn nuôi, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều giải pháp đa dạng, từ giảm thiểu lượng chất thải (bằng cách điều chỉnh thành phần trong khẩu phần ăn của vật nuôi, vừa tiết kiệm thức ăn, vừa cho tăng trọng cao), sử dụng đệm sinh học (vừa tiết kiệm được nước, nhân lực và chi phí thức ăn, thuốc thú y phòng trừ dịch bệnh, vừa phòng chống các bệnh dịch có hại một cách hiệu quả),… cho đến các công nghệ trực tiếp xử lý chất thải do vật nuôi tạo ra, nhất là trong các điều kiện nuôi nhốt tập trung.
Đối với nhóm chăn nuôi gia cầm, thường chất thải có độ ẩm rất cao (phân gà đẻ độ ẩm trung bình 75%, thậm chí có thể lên đến 90%), rất khó khăn trong việc xử lý. Trong thực tế, nhu cầu xử lý đang ngày càng gia tăng, nhất là trong tình hình các trang trại chăn nuôi gà đẻ trứng trên cả nước phát triển ngày càng nhiều về quy mô và số lượng như hiện nay. Để giải quyết bài toán này, các nhà nghiên cứu trong nước đã có nhiều giải pháp ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý hiệu quả chất thải gia cầm.
Ở Hà Nội, Công ty TNHH Khoa học nông nghiệp Làng Gióng xử lý phân gà bằng công nghệ lên men tuần hoàn, sử dụng bể lên men sinh học tuần hoàn. Theo đó, trong bể lên men, phân gà tươi được đảo trộn đều với phân đang lên men, vừa giúp gia tăng tốc độ xử lý, vừa giảm độ ẩm một cách nhanh chóng. Các nhà nghiên cứu đã phối hợp hệ cánh đảo và thổi khí, cho phép vừa đảo trộn đều, vừa đánh tơi hỗn hợp, thúc đẩy quá trình lên men và thoát hơi nước nhanh hơn. Nhờ tác động của hệ vi sinh vật phù hợp, thúc đẩy quá trình lên men nhanh chóng, phân gà được xử lý an toàn, không gây ra ô nhiễm thứ cấp, chuyển hóa hiệu quả các thành phần thành chất mùn. Sản phẩm đầu ra có chất lượng tốt, độ ẩm 35%, an toàn và phù hợp cho đa số cây trồng. Công nghệ này có giá trị đầu tư phù hợp với nhiều trang trại chăn nuôi có lượng phân thải lớn, vận hành bán tự động dưới sự kiểm soát của cán bộ kỹ thuật.
Bể lên men tuần hoàn xử lý phân gà tại Tập đoàn Hòa Phát. (Nguồn: langgiong.vn)
Trung tâm Tư vấn khoa học và công nghệ Tài nguyên môi trường (Học viện Nông nghiệp Việt Nam) đã ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý mùi và xử lý chất thải rắn tại trang trại chăn nuôi gà, sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng từ phân gà đã qua xử lý. Nhóm nghiên cứu của Trung tâm đã lựa chọn được các loại chế phẩm khử mùi Mios V1 và Mios V2 có chứa các chủng vi sinh vật phân giải cenluloze và protein để sản xuất phân hữu cơ từ phân gà. Hai chế phẩm sinh học xử lý mùi cho kết quả tốt; phân bón sau khi ủ đạt chất lượng cao, có thể đem bón trực tiếp cho cây trồng. Thực nghiệm trên đồng ruộng (Hưng Yên), chất lượng nông sản khi sử dụng phân bón hữu cơ sản xuất từ phân gà tốt hơn mẫu đối chứng. Việc sử dụng phân hữu cơ đã qua xử lý từ phân gà cho thấy không chỉ giúp nâng cao chất lượng nông sản mà còn cải thiện được chất lượng đất.
Tại TP.HCM, năm 2018, nhóm tác giả ThS. Đào Vĩnh Hưng, ThS. Nguyễn Trọng Minh Khiêm (Phòng Nghiên cứu máy và thiết bị nông nghiệp - Phân viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch) đã thiết kế chế tạo thành công dây chuyền xử lý phân gà vi sinh (năng suất xử lý 14 tấn phân tươi/ngày). Giải pháp đã tạo ra được môi trường thuận lợi cho hệ thống vi sinh phân hủy các hợp chất hữu cơ trong phân, tăng cường lượng vi khuẩn có lợi và tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn có hại. Giải pháp này ưu việt hơn phương pháp vắt khô bằng trục vít và sấy khô bằng máy sấy thùng quay hoặc băng tải, do khắc phục được vấn đề vi khuẩn có lợi trong phân cũng bị chết (ở nhiệt độ hơn 80oC) khi tiến hành sấy phân ở nhiệt độ 140-200oC để diệt các vi khuẩn có hại. Hơn nữa, việc sấy phân không giúp phân hủy và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong phân, mà chủ yếu chỉ làm khô phân.
Máy đảo phân gà tự động
Các nhà nghiên cứu phối trộn các phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, rơm nghiền nhỏ) theo một tỉ lệ nhất định vào phân tươi. Sau đó trộn thêm vôi (có thể thêm lân, rỉ đường và một số loại vi sinh khác) vào hỗn hợp và đưa tới buồng ủ (dài 80-100m, chiều cao lớp phân ủ 0,8-1,0m) có bố trí máy đảo phân, hoạt động theo nguyên lý như máy phay đất, có mức độ tự động hóa cao. Máy đảo hoạt động 24/24 để tạo ra môi trường thông thoáng cho hệ vi khuẩn phát triển và phân hủy các hợp chất hữu cơ, tạo ra nhiệt giúp làm bay hơi nước, giảm độ ẩm của phân. Nhiệt độ ủ khoảng 60-80oC. Thời gian ủ diễn ra 5-7 ngày, biến đổi độ ẩm của phân đầu vào từ 70-80%, sau khi xử lý còn 20-25%.
Giải pháp này có hiệu quả rất lớn trong nhiều khía cạnh, khi giải quyết tận gốc vấn đề môi trường do các trang trại gây ra và cải thiện sức khỏe của người dân. Phân sau xử lý đạt tiêu chuẩn về số lượng vi sinh, giúp gia tăng năng suất trong trồng trọt, tăng sức đề kháng, giảm trừ sâu bệnh, giảm việc sử dụng phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Giá bán phân sau xử lý cũng cao hơn nhiều lần so với phân chưa xử lý.
Gần đây, tháng 6/2022, nhóm nghiên cứu từ Phân viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch cũng vừa báo cáo kết quả triển khai nhiệm vụ KH&CN "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ủ phân gà dạng bồn đứng năng suất 2m3/ngày" tại Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM. Theo ThS. Đào Vĩnh Hưng, chủ nhiệm nhiệm vụ, máy ủ phân gà dạng bồn đứng sử dụng nguyên lý lên men tự nhiên theo phương thẳng đứng, cho phép chỉ sử dụng phân gà tươi nguyên chất 100% mà không cần dùng thêm men vi sinh và phế, phụ phẩm. Máy tận dụng được lượng vi sinh chịu nhiệt độ cao có sẵn trong phân gà. Nhiệt độ phân trong máy tăng lên nhờ quá trình tự lên men hiếu khí ở nhiệt độ 60-70oC (không cần gia nhiệt thêm) nên phân phân hủy và khô nhanh hơn.
Sơ đồ phân bố nhiệt trong máy ủ phân dạng bồn đứng
Máy ủ phân lên men theo hướng thẳng đứng dựa vào lớp đệm sinh học được đặt ở phía dưới đáy. Lớp đệm sinh học (thường chiếm 60-70% thể tích bồn) là lớp phân gà đã chứa sẵn các chủng vi sinh ưa nhiệt. Lớp phân mới đưa vào sẽ chiếm 10-15% thể tích bồn, còn lại không gian trống 15-22%. Khi hoạt động, phân gà tươi có độ ẩm cao được đưa vào phía trên lớp đệm sinh học trong bồn chứa. Tại đây, độ ẩm của phân tươi sẽ giảm xuống độ ẩm lý tưởng (khoảng 55-60%) trong vòng 24 giờ. Vi sinh từ lớp đệm sinh học sẽ sử dụng nguồn dinh dưỡng từ phân tươi để sinh sôi, phát triển và phân hủy phân tươi, tạo ra lượng nhiệt lớn. Ôxy cho vi sinh vật hô hấp và không khí để làm bay hơi nước trong phân được cung cấp từ khí thổi vào bồn qua quạt cao áp. Quá trình ủ và sục khí được hỗ trợ nhờ trục khuấy quay và đảo trộn khối phân, giúp khối phân luôn tơi xốp. Hơi nước sinh ra trong quá trình ủ sẽ được quạt hút ra ngoài. Để khử mùi hoàn toàn, sử dụng hệ thống khử mùi sau quạt. Năng lượng làm khô phân tươi chủ yếu từ quá trình phân hủy phân. Hệ thống được thiết kế với nhiều kết cấu giúp không hao tổn nhiệt: vách bồn thiết kế cách nhiệt, trục khuấy truyền động bằng cơ cấu thủy lực nguyên lý cóc bẩy đặc biệt tiết kiệm năng lượng. Quá trình ủ phân diễn ra trong 7-10 ngày, vi khuẩn phân hủy nitơ thành amoniac ít hoạt động, giúp giảm mùi, tăng chất lượng của phân, đồng thời các vi khuẩn có hại hay hạt giống cỏ cũng bị diệt.
Với giải pháp hoàn thiện có thể tích ở mức 20 m3, bồn ủ luôn chứa sẵn lớp đệm sinh học khoảng 14 m3. Sau 24 giờ kể từ khi một lớp phân tươi được vào, nó sẽ trở thành lớp đệm sinh học cho lớp phân đưa vào trong ngày kế tiếp. Hệ thống vận hành liên tục, mỗi ngày đưa vào 2m3 phân tươi sẽ tạo ra 0,65-0,7m3 phân đã qua xử lý. Chất lượng phân sau ủ đạt tiêu chuẩn đối với phân hữu cơ và phân hữu cơ vi sinh, theo quy định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
Máy ủ phân dạng bồn đứng
Giải pháp này đã giải quyết được hai vấn đề chính trong sản xuất: (1) Về môi trường, cho phép xử lý phân gà ngay trong khuôn viên trang trại, bảo đảm vệ sinh môi trường và an toàn dịch bệnh; (2) Về kinh tế, nâng cao chất lượng phân hữu cơ từ phân gà, giảm chi phí vận chuyển phân gà từ trang trại đến nơi xử lý hoặc sử dụng; giảm chi phí nguyên liệu đầu vào, chi phí đầu tư nhà xưởng và chi phí lao động trong vận hành máy. Máy ủ rất tiết kiệm năng lượng và thân thiện môi trường, do tận dụng được năng lượng sinh học sinh ra từ quá trình lên men tự nhiên bên trong máy ủ (80%), 20% còn lại từ năng lượng mặt trời (trong các phương pháp ủ hở khác, nguồn năng lượng sinh học này hầu hết bị thất thoát ra môi trường). Công nghệ đã được thử nghiệm và ứng dụng trong sản xuất thực tế từ tháng 11/2021 tại Trang trại gà của Công ty TNHH Hải Anh ECO (Khánh Hòa). “Giải pháp công nghệ và thiết bị ủ phân gà mới này đã giảm rất đáng kể chi phí sản xuất phân hữu cơ từ phân gà, khi so sánh với các phương pháp như sấy, hấp, ủ hở hiện nay”, theo chia sẻ của ThS. Đào Vĩnh Hưng.
Trong bối cảnh ngành chăn nuôi đang phát triển khá mạnh, cả về số lượng lẫn quy mô, tải lượng chất thải tạo ra cũng ngày càng lớn, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao, việc áp dụng các giải pháp công nghệ phù hợp trong nước để xử lý là rất cần thiết. Ứng dụng các giải pháp công nghệ trong nước, không chỉ tiết kiệm ngoại tệ, giúp sản xuất phát triển, mang lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp, mà còn góp phần khuyến khích, thúc đẩy các nhà nghiên cứu làm chủ công nghệ, tạo ra ngày càng nhiều giải pháp công nghệ tiên tiến hơn, tạo điều kiện cho sản xuất phát triển bền vững.
Tuấn Kiệt
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Gắn sản xuất nông nghiệp hiện đại với công tác bảo vệ môi trường. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/gan-san-xuat-nong-nghiep-hien-dai-voi-cong-tac-bao-ve-moi-truong/
[2] Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi: hiện trạng và giải pháp khắc phục. https://vstytw2.com.vn/o-nhiem-moi-truong-do-chan-nuoi-hien-trang-va-giai-phap-khac-phuc-77-25.html
[3] Minh Huấn. Ứng dụng công nghệ sinh học xử lý mùi, chất thải rắn chăn nuôi https://www.moitruongvadothi.vn/ung-dung-cong-nghe-sinh-hoc-xu-ly-mui-chat-thai-ran-chan-nuoi-a65637.html
[4] Công nghệ lên men tuần hoàn xử lý phân gia súc gia cầm https://langgiong.vn/cong-nghe-len-men-tuan-hoan-xu-ly-phan-gia-suc-gia-cam/
[5] Tuyết Mai. Dây chuyền xử lý phân gà vi sinh đầu tiên tại Việt Nam http://www.khoahocphothong.com.vn/day-chuyen-xu-ly-phan-ga-vi-sinh-dau-tien-tai-viet-nam-51373.html
[6] Gia Linh. Ngành chăn nuôi - thực trạng và giải pháp phát triển bền vững. https://consosukien.vn/nga-nh-chan-nuoi-thu-c-tra-ng-va-gia-i-pha-p-pha-t-trie-n-be-n-vu-ng.htm